Zašto je nebo plavo

Plavo nebo rezultat je raspršivanja svjetlosti na molekulama zraka u Zemljinoj atmosferi. Taj se proces zove Rayleighjevo raspršenje. Svjetlost kraćih valnih duljina – plava i ljubičasta – raspršuje se najjače. Stoga nam nebo izgleda plavo.

Pogledamo li pažljivije, nebo nije sasvim jednolično plavo. Iznad glave je tamnije, što osobito dolazi do izražaja na visokim planinama ili iz zrakoplova. Niže, prema horizontu, plava boja blijedi i pretvara se u svijetloplavu ili mliječnobijelu. Znamo da je Zemlja, pa time i atmosfera oko nje, okrugla. To znači da kad gledamo ravno gore, gledamo kroz manje zraka nego kad gledamo prema horizontu.

Raspršena svjetlost

Sunčeva svjetlost mješavina je svih boja *. Kad prolazi kroz Zemljinu atmosferu, susreće se s molekulama zraka, uglavnom dušika i kisika. Te su molelule vrlo male, oko tisuću puta manje od valne duljine plave svjetlosti. Što se događa kada svjetlost naiđe na te molekule? Raspršuje se. Pojedinačne molekule ne utječu puno na valove svjetlosti, ali ima ih toliko mnogo da njihov učinak postaje značajan.

Bijela zapravo nije boja. Bijela svjetlost u sebi sadrži sve valne duljine vidljivog spektra. To smo učili još u osnovnoj školi. Definicije se s vremenom možda mijenjaju, ali bit ne.

Ono što doživljavamo kao boju zapravo je valna duljina svjetlosti. Najkraća je ljubičasta, najdulja crvena. U čistom zraku, kraće valne duljine raspršuju se jače od duljih. Crvene i žute idu svojim putem, a plave su rasute diljem svoda. Zato je nebo plavo. Zato nam, također, izravna Sunčeva svjetlost izgleda žuto: nedostaje joj raspršena plava komponenta. Plave su rasute svuda uokolo.

Rayleighjevo raspršenje je raspršivanje Sunčeve energije zračenja u atmosferi na molekulama plinova i sfernim česticama kojima je promjer za red veličine manji od valne duljine vidljivog dijela elektromagnetnog zračenja. Koeficijent Rayleighjevog raspršivanja obrnuto je razmjeran četvrtoj potenciji valne duljine, tj. kraći se valovi (npr. ultraljubičasti, plavi) jače raspršuju od duljih. (Gelo i dr., Meteorološki pojmovnik i višejezični rječnik, 2005.)

Zašto nebo nije ljubičasto

Samo malo, reći ćete. Ako se ljubičasta raspršuje još jače od plave, zašto onda nebo nije ljubičasto?

Odgovor je jednostavan. Prvo, Sunčeva svjetlost slabija je u ljubičastom dijelu spektra. Drugo, ljudsko oko manje je osjetljivo na ljubičastu. Rezultat: plavo nebo.

Plava boja neba nije baš čista plava. U njoj ima i raspršenih primjesa svjetlosti drugih valnih duljina. Plava, međutim, značajno prevladava. Najljepša je nakon jake promjene vremena, na primjer kad se razvedri nakon prolaska hladne fronte. Kiša i vjetar tada očiste zrak od prašine i drugih čestica, što nam daje onu voljenu duboku boju.

Nebo nije jednolično plavo

Kao što je ranije spomenuto, nebo iznad glave naočigled je tamnije od neba uz horizont. Visoko gore i plava je boja izraženija od one uz obzor, gdje je često ni nema. Tamo je nebo bjelkasto, možda i sivkasto, u svakom slučaju manje plavo. I što god vam fejsbuk lumeni govorili, tako je oduvijek.

A razlog je vrlo jednostavan. Svjetlost koja nam stiže odozgo, recimo negdje iz okolice zenita, prolazi mnogo kraći put kroz atmosferu od svjetlosti koja nam dolazi iz nekog smjera nisko iznad obzora. Pogledajte ilustraciju:

Dakle, kad gledamo prema horizontu, gledamo kroz više zraka. Tamo plavo nebo više nije plavo. (Ili barem ne toliko kao na većim kutnim visinama). Što se onda događa?

Fotoni koji prolaze kraćim putem kroz atmosferu raspršuju se jednom, ako uopće. Plava se raspršuje najjače i eto nam plavog neba. Realno, iznad glave imamo svega nekoliko kilometara guste atmosfere. No, fotoni koji nam stižu duljim putem, nisko iznad horizonta, raspršuju se puno češće iz jednostavnog razloga što nailaze na puno više molekula zraka. Toliko se raspršuju da i ostale valne duljine svjetlosti počinju igrati ulogu. Nebo uz horizont stoga postaje blijedo, svijetloplavo, bjelkasto, ponekad i sivkasto.

A zašto su zalasci i izlasci Sunca crveni posebna je tema.

Zašto nebo noću nije plavo

Iznenađenje: zapravo jest! Samo to ljudske oči ne vide.

OK, kad na nebu nema Mjeseca, mračno je i tamno, to razumijemo. Nema Sunčeve svjetlosti ni mjesečine koja bi se raspršivala. No, čak i kad je na nebu sjajan Mjesec, svejedno nam nebo ne izgleda plavo. Svijetlo je, svijetlije nego u noćima bez mjesečine, ali nije plavo. Zašto?

Odgovor se krije u ljudskim očima. Naš je vid noću znatno manje osjetljiv na boje nego danju. Pogledajte krajolik obasjan mjesečinom – i on nam izgleda siv. Nema zelenih polja, plavog mora… Sve je sivo. Takvo je onda i nebo.

Fotoaparati, međutim, nemaju tih problema. Kad fotografiramo noćno nebo i krajolik pod sjajnom mjesečinom, sve su boje tu. I nebo je opet plavo. Da previše ne duljimo, razlog leži u građi oka. Noću bolje vidimo oblike, no gubimo boje. Zašto je evolucija razvila takve oči možda si možemo predočiti na sljedeći način: ranim sisavcima negdje u afričkoj savani bilo je noću važno vidjeti da je pred njima lav, a ne koje je taj lav boje.

Poveznice s više informacija

Zašto je nebo plavo, Astroučionica Vernese Smolčić

Why is the sky blue, Les Cowley na Atmospheric Optics

Glows, Bows and Haloes: Scattering, Richard Fleet o nekim zanimljivim optičkim efektima